JPH0437035A

JPH0437035A - 薄膜半導体装置

Info

Publication number: JPH0437035A
Application number: JP14154090A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Yamamoto; 滋山本; Taketo Hikiji; 丈人曳地; Keiji Fujimagari; 藤曲　啓志; Toshihisa Hamano; 浜野　利久
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1992-02-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、アクティブマトリックス型デイスプレィ、イ
メージセンサ、プリントヘッド等の駆動用に利用される
薄膜半導体装置に係わり、特に、動作特性が安定した薄
膜半導体装置の改良に関するものである。

［従来の技術］この種の薄膜半導体装置としてＭＯＳ型のトランジスタ
を例に挙げて説明すると、このＭＯＳ型の薄膜トランジ
スタとしては、第８図〜第９図に示すようにガラス基板
（ｇ）と、このガラス基板（ｇ）上に形成されたゲート
電極（ｇｌ）と、このゲート電極（ｇｌ）を被覆するゲ
ート絶縁膜（ｈ）と、このゲート絶縁膜（ｈ）上に積層
されたアモルファスシリコンの第一半導体層（ｊ）と、
この第一半導体層（ｊ）上に設けられた保護膜（ｋ）と
、ｎ”−アモルファスシリコンの第二半導体層（ｍ）を
介して上記第一半導体層（ｊ）の両端側に設けられたソ
ース電極（ｓｔ）　、ドレイン電極（ｄｉ）等でその主
要部を構成する「逆スタガー型」と称するものや、第１
０図〜第１１図に示すようにガラス基板（ｇ）と、この
ガラス基板（ｇ）上に設けられたアモルファスシリコン
の第一半導体層（ｊ）と、ｎ゛−アモルファスシリコン
の第二半導体層（ｍ）を介して上記第一半導体層（Ｄの
両端側に設けられたソース電極（、＋１）、ドレイン電
極（ｄｉ）と、これ等ソース電極（ｓｌ）　　・ドレイ
ン電極（ｄｌ）に接続された信号配線（ｎ）と、上記第
一半導体層（Ｄを被覆するゲート絶縁膜（ｈ）と、この
ゲート絶縁膜（ｈ）上に設けられたゲート電極（ｇｌ）
等でその主要部を構成する「スタガー型」と称するもの
等が知られている。

そして、これ等ＭＯＳ型の薄膜トランジスタは、上記ソ
ース電極（ｓｌ）・ドレイン電極（ｄｌ）間にドレイン
電圧（ＶＤ　）を印加し、かつ、ゲート電極（ｇｌ）に
ゲート電圧（Ｖｌ）を印加することで上記第一半導体層
（ｊ）にチャンネルが形成されトランジスタはＯＮ状態
となりドレイン電流（１０）が流れる一方、上記ゲート
電圧（Ｖ、　）を下げていくに従い第一半導体層（Ｄに
チャンネルが形成されなくなりトランジスタはＯＦＦ状
態になってドレイン電流（Ｉｏ）が流れなくなるもので
、上述したアクティブマトリックス型デイスプレィやイ
メージセンサ等の駆動用に利用されているものである。

［発明が解決しようとする課題］ところで、この種の薄膜半導体装置を製造する際におい
て最初に形成されるゲート電極（ｇｌ）　。

ソース電極（ｓｌ）　　・ドレイン電極（ｄｉ）　、並
びに信号配線（ｎ）等の第一配線については、上記ガラ
ス基板（ｇ）等絶縁性基板との密着性に優れ、しかも、
後工程における加熱処理において変質し難い耐熱性を具
備した導電性材料でこれを構成することを必要とし、従
来、モリブデン（ＭＯ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（
Ｔｉ）、及び、クロム（Ｃｒ）等の高融点金属材料が利
用されている。

しかし、モリブデンについては導電性に優れている反面
ガラス基板等との密着性に劣る欠点があり、モリブデン
で構成された第一配線は経時的に絶縁性基板から剥離し
易い問題点があった。

一方、タンタル、チタン、クロム等の金属材料は、上記
密着性については優れているものの抵抗値が若干高い欠
点があり、その配線抵抗に伴う信号遅延を防止するため
その厚み寸法を大きく設定する必要があった。従って、
厚み分だけ絶縁性基板（ｇ）と第一配線との段差が大き
くなるため、この第一配線より上方側に配設される第二
配線、第三配線等の断線が起こり易くなりその動作特性
が不安定になる問題点があった。

尚、ＳＩＤ　８８　ＤＩＧＥＳＴ　ｐ３３０〜ｐ３３３
には、これ等問題点を解消させる手段として第一配線に
合金を用いる方法が開示されているが、合金を用いた場
合偏析等が発生し易く製造条件が難しくなるため十分な
改良法とはなり得なかった。

［課題を解決するための手段］本発明は以上の問題点に着目してなされたもので、その
課題とするところは、上記第一配線の欠点を解消して動
作特性が安定した薄膜半導体装置を提供することにある
。

すなわち本発明は、絶縁性基板と、この絶縁性基板に設けられた半導体層と、少なくともそ
の一部を上記絶縁性基板上に面接触させて設けられた第
一配線を備える薄膜半導体装置を前提とし、上記第一配線を、絶縁性基板側に設けられこの絶縁性基板との密着性に優
れた導電性材料により形成された基板側配線部と、この基板側配線部上に設けられ上記基板側配線部よりエ
ツチング速度の大きい良導電性材料により形成された積
層配線部、とで構成したことを特徴とするものである。

この様な技術的手段において上記絶縁性基板を構成する
材料としては、ガラス、石英、セラミックス等が利用で
き、また、この絶縁性基板に設けられる半導体層を構成
する材料としては、アモルファスシリコン、ポリシリコ
ン等が利用できる。

また、第一配線における基板側配線部の構成材料として
は、上記絶縁性基板との密着性に優れ、しかも、適用す
るエツチング材料に対し積層配線部よりエツチングレー
トの遅い導電性材料であることが必要で、例えば、タン
タル、チタン、クロム等が適用できる。

一方、上記積層配線部を構成する材料としては、適用す
るエツチング材料に対し上記基板側配線部よりエツチン
グレートの速い良導電性材料であることが必要で、例え
ば、モリブデン、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ
）、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）等が適用できる。

そして、第一配線の具体的な組合わせ例としては、その
構成を積層配線部／基板側配線部で示した場合、モリブ
デン／タンタル、タングステン／タンタル、ニッケル／
タンタル、ニッケルクロム合金／タンタル等の組合せが
ある。

尚、上記第一配線とは、薄膜半導体装置の製造工程中に
おいて最初に形成され、少なくともその一部が絶縁性基
板と面接触して設けられる配線を意味し、例えば、上記
「逆スタガー型」トランジスタにおけるゲート電極や、
「スタガー型」トランジスタにおけるソース電極・ドレ
イン電極、並びに信号配線等がこれに相当し、また、バ
イポーラ型の薄膜トランジスタにおいて最初に形成され
る配線等もこれに相当する。

また、この第一配線を形成する際に適用されるエツチン
グ手段としては、リアクティブ・イオン・エツチング（
ＲＩ　Ｅ）　、ケミカルドライエツチング（ＣＤＥ）、
プラズマエツチング等のドライエツチング法が適用でき
る。

更に、上記第一配線の積層配線部上に、陽極酸化膜が形
成され易い導電性材料、例えば、タンタル等により構成
される薄層を積層してもよい。

すなわち、これ等材料で構成される薄層を積層した場合
、この薄層表面に形成される陽極酸化膜は極めて緻密で
ピンホール等が存在しないためその耐圧の向上に寄与で
きるからである。

［作用コ上述したような技術的手段によれば、第一配線を、絶縁性基板側に設けられこの絶縁性基板との密着性に優
れた導電性材料により形成された基板側配線部と、この基板側配線部上に設けられ上記基板側配線部よりエ
ツチング速度の大きい良導電性材料により形成された積
層配線部とで構成し、第一配線の絶縁性基板に対する密着性が高まるためこの
絶縁性基板から第一配線が剥離し難くなると共に、製造途上のエツチング処理の際、基板側配線部より積層
配線部の方が余分にエツチングされるため、これ等基板
側配線部と積層配線部とで構成される第一配線の側部側
に積層配線部から基板側配線部方向外方へ広がる傾斜面
が形成され、第一配線の厚みが増すにも拘らず絶縁性基
板と第一配線との段差を小さくすることが可能となる。

［実施例］以下、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説
明する。

◎第一実施例この実施例は本発明を「逆スタガー型」の薄膜トランジ
スタに適用したもので、第１図〜第２図に示すようにガ
ラス基板（１）と、このガラス基板（１）上に設けられ
厚さ　５００オングストロームのタンタル基板側配線部
（２１）と厚さ３００オングストロームのモリブデン積
層配線部（２２）とで形成された断面略台形状のゲート
電極（２）と、このゲート電極（２）を被覆するＳｉ、
Ｎ、のゲート絶縁膜（３）と、このゲート絶縁膜（３）
上に設けられたアモルファスシリコンの第一半導体層（
４）と、この第一半導体層（４）上のゲート電極（３）
に対応する部位に設けられＳｉアＮ、にて形成された保
護膜（５）と、第一半導体層（４）上に設けられオーミ
ックコンタクト用のｎ“−アモルファスシリコン第二半
導体層（６）を介して取付けられたアルミニウムのソー
ス電極（７）ドレイン電極（８）とでその主要部が構成
されている。

そして、この薄膜トランジスタにおいては、上記ゲート
電極（２）がガラス基板（１）との密着性に優れたタン
タルの基板側配線部（２１）と、上記タンタルよりエツ
チング速度の大きい良導電性のモリブデン積層配線部（
２２）とで構成されているため、ガラス基板（１）から
のゲート電極（２）の剥離を防止できると共に、ゲート
電極（２）の側部側に積層配線部（２２）から基板側配
線部（２１）方向外方へ広がる傾斜面（２５）が形成さ
れてガラス基板（１）とゲート電極（２）との段差を小
さくすることができる。

従って、ガラス基板（１）からのゲート電極（２）の剥
離や、このゲート電極（２）より上方側に配設されアル
ミニウムにより構成されるソース電極（７）・ドレイン
電極（８）等の断線が起こり難くなるため、薄膜トラン
ジスタの動作特性及び信頼性が向上する利点を有してい
る。

ここで、上記ゲート電極（２）の形成工程について説明
すると、第３図（Ａ）に示すようにガラス基板（１）上
にインライン型スパッタ装置によりタンタルの基板側配
線層（２３）とモリブデンの積層配線層（２４）とを連
続的に形成し、かつ、これ等面上にフォトレジスト膜を
一様に塗布形成した後、パターン露光、現像処理を施し
て第３図（Ｂ）に示すようにゲート電極に対応したレジ
スト膜（ｒ）を形成する。

次いで、ＣＦ４　　：　４５　ＳＣＣＭ　、　０２　　
：　　５　ＳＣＣＭ　。

ＰＦパワー：　５［１０Ｗの条件下で上記タンタルの基
板側配線層（２３）とモリブデンの積層配線層（２４）
とをプラズマエツチング処理し、第３図（Ｃ）に示すよ
うな断面略台形状のゲート電極（２）を形成するもので
ある。

この場合、上記エツチング材に対するモリブデン積層配
線層（２４）のエツチングレートがタンタル基板側配線
層（２３）のエツチングレートより速いため、プラズマ
エツチング処理の際にこのモリブデン積層配線層（２４
）が余分にエツチングされて、第４図に示すようにモリ
ブデンの積層配線部（２２）からタンタルの基板側配線
部（２１）方向外方へ広がる傾斜面（２５）が形成され
、上記ゲート電極（２）の断面形状がガラス基板（１）
との段差分の小さな台形形状になるものである。

◎第二実施例この実施例にかかる薄膜トランジスタは、第５図〜第６
図に示すように上記ゲート電極（２）が厚さ２Ｈオング
ストロームのタンタル基板側配線部（２１）と、厚さ４
（１０オングストロームのモリブデン積層配線部（２２
）と、表面が陽極酸化を受けた厚さ２００オングストロ
ームのタンタル薄層（２６）からなり、そのシート抵抗
が４Ω／口の積層皮膜で構成されている点を除き第一実
施例にががる薄膜トランジスタと路間−である。尚、上
記基板側配線部（２１）と薄層（２６）を構成するタン
タルは、αタンタル又はβタンタルのいずれでもよい。

そして、この薄膜トランジスタにおいても、上記ゲート
電極（２）がガラス基板（１）との密着性に優れたタン
タルの基板側配線部（２１）と、上記タンタルよりエツ
チング速度の大きい良導電性のモリブデンの積層配線部
（２２）とで構成されているため、ガラス基板（１）か
らのゲート電極（２）の剥離を防止できると共に、ゲー
ト電極（２）の側部側に積層配線部（２２）から基板側
配線部（２１）方向外方へ広がる傾斜面（２５）が形成
されてガラス基板（１）とゲート電極（２）との段差を
小さくすることができる。

また、上記積層配線部（２２）上には表面が陽極酸化を
受けたタンタルにより構成された薄層（２６）が設けら
れており、この陽極酸化された酸化タンタル（ＴａＯア
）膜は極めて緻密でピンホール等が存在しないため耐圧
の向上が図れる利点をも有している。

◎第三実施例この実施例は本発明を「スタガー型」の薄膜トランジス
タに適用したもので、第７図に示すようにガラス基板（
１）と、このガラス基板（１）上に設けられ厚さ２００
オングストロームのタンタル基板側配線部（２１）と厚
さ４００オングストロームのモリブデン積層配線部（２
２）と陽極酸化を受けた厚さ　２００オングストローム
のタンタル薄層（２６）とで形成されそのシート抵抗が
４Ω／口で断面略台形状のソース電極（７）・ドレイン
電極（８）と、これ等ソース電極（７）・ドレイン電極
（８）表面を被覆するオーミックコンタクト用のｎ゛ア
モルファスシリコン第二半導体層（６）と、上記ソース
電極（７）・ドレイン電極（８）とこれ等間のガラス基
板（１）上に形成されたアモルファスシリコンの第一半
導体層（４）と、この第一半導体層（４）表面を被覆す
るＳｉアＮ、の絶縁膜（３０）と、この絶縁膜（３０）
上に設けられたアルミニウムのゲート電極（２）とでそ
の主要部が構成されているものである。

そして、この薄膜トランジスタにおいても、上記ソース
電極（７）・ドレイン電極（８）が夫々ガラス基板（１
）との密着性に優れたタンタルの基板側配線部（２１）
と、上記タンタルよりエツチング速度の大きい良導電性
のモリブデン積層配線部（２２）とで構成されているた
め、ガラス基板（１）からのソース電極（７）・ドレイ
ン電極（８）の剥離を防止できると共に、各ソース電極
（７）・ドレイン電極（８）の側部側に積層配線部（２
２）から基板側配線部（２１）方向外方へ広がる傾斜面
（２５）が形成されてガラス基板（１）とソース電極（
７）・ドレイン電極（８）との段差を小さくすることが
できる。

従って、ガラス基板（１）からのソース電極（７）・ド
レイン電極（８）の剥離や、これ等ソース電極（７）・
ドレイン電極（８）より上方側に配設されアルミニウム
にて構成されるゲート電極（２）の断線が起こり難くな
るため、薄膜トランジスタの動作特性と信頼性が向上す
る利点を有している。

また、上記積層配線部（２２）上には表面か陽極酸化を
受けたタンタルにより構成された薄層（２６）が設けら
れており、この陽極酸化された酸化タンタル（Ｔａｇ、
）膜は極めて緻密でピンホール等が存在しないため耐圧
の向上が図れる利点をも有している。

［発明の効果］本発明によれば、第一配線を、絶縁性基板側に設けられこの絶縁性基板との密着性に優
れた導電性材料により形成された基板側配線部と、この基板側配線部上に設けられ上記基板側配線部よりエ
ツチング速度の大きい良導電性材料により形成された積
層配線部とで構成し、第一配線の絶縁性基板に対する密着性が高まるためこの
絶縁性基板から第一配線が剥離し難くなると共に、製造途上のエツチング処理の際、基板側配線部より積層
配線部の方が余分にエツチングされるため、これ等基板
側配線部と積層配線部とで構成される第一配線の側部側
に、積層配線部から基板側配線部方向外方へ広がる傾斜
面が形成され、第一配線の厚みが増すにも拘らず絶縁性
基板と第一配線との段差を小さくすることか可能となる
。

従って、絶縁性基板からの第一配線の剥離や、この第一
配線より上方側に配設される第二配線、第三配線等の断
線が起こり難くなるため、薄膜半導体装置の動作特性が
安定化する効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の実施例を示しており、第１図
は第一実施例に係る薄膜トランジスタの概略斜視図、第
２図は第１図の■−■面断面図、第３図（Ａ）〜（Ｃ）
はこの薄膜トランジスタのゲート電極形成工程の工程説
明図、第４図は第３図（Ｃ）の部分拡大図、第５図は第
二実施例に係る薄膜トランジスタの概略斜視図、第６図
は第５図のＶｌ−ＶＩ面断面図、第７図は第三実施例に
係る薄膜トランジスタの概略断面図を夫々示しており、
また、第８図〜第１１図は従来の薄膜半導体装置を示し
ており、第８図及び第１０図はＭＯＳ型の薄膜トランジ
スタの概略斜視図、第９図は第８図のＸ−ＩＸ面断面図
、第１１図は第１０図のＸＩ−Ｘ面断面図を夫々示す。［符号説明］（１）・・・ガラス基板（２）・・・ゲート電極（４）・・・第一半導体層（７）・・・ソース電極（８）・・・ドレイン電極（２Ｉ）・・・基板側配線部（２２）・・・積層配線部（２６）・・・薄膜 ■ ■ 特　許　出　願　人　富士ゼロックス株式会社代理人弁
理土中村智廣（外２名）第図第４図第図第図第１０図第１１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）絶縁性基板と、この絶縁性基板に設けられた半導体層と、少なくともその一部を上記絶縁性基板上に面接触させて
設けられた第一配線を備える薄膜半導体装置において、上記第一配線を、絶縁性基板側に設けられこの絶縁性基板との密着性に優
れた導電性材料により形成された基板側配線部と、この基板側配線部上に設けられ上記基板側配線部よりエ
ッチング速度の大きい良導電性材料により形成された積
層配線部、とで構成したことを特徴とする薄膜半導体装置。
（２）上記第一配線の積層配線部上に、陽極酸化膜が形
成され易い導電性材料により構成された薄層を積層した
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜半導
体装置。